山地边界层风场由于受到地形条件等因素的影响变得非常复杂,使得风电场建设从前期选址到后期风力发电预测都十分困难,计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)是预测山地边界层风场的最有效手段之一。围绕山地区域的风电场建设,主要完成了以下研究工作:1、提出了一种基于时程互相关性修正的大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)湍流入口生成方法,并结合有限体积法和高阶谱元法将其应用于实际山地风场特性研究。现有CFD软件通常采用2阶精度格式的有限体积法,色散和耗散较大,对于山地地形周围伴随的分离和再附着等多尺度流动现象,很难给出正确的模拟结果;因此,引入高阶谱元法对山地风场进行大涡数值模拟。大涡模拟的入口必须满足大气边界层近地风场湍流特性,直接生成入口所有节点的脉动风速时程会极大程度增加计算机存储量和计算耗时。利用谐波合成法由粗网格节点生成满足目标湍流强度、功率谱、湍流积分尺度和时程相关性的脉动风速时程数据,然后基于时程互相关性插值得到实际入口节点的风速时程。详细阐述了大涡模拟湍流入口生成方法,以两种不同坡度简单山体为例,对该方法进行了准确性验证;同时,提出了基于谱元法开源平台Nek5000和有限体积法商用软件Fluent的实际山地地形数值建模详细步骤,并以Askervein山为例,对数值结果进行了验证。利用该方法对湖南省某实际山地地形的风场进行大涡数值模拟,并与风洞试验结果进行对比,研究山地风场特性。2、提出了一种精细化CFD模型和气象实测资料的耦合模型,对实际山地地形进行风能资源评估及风电场微观选址。现有风能资源评估商用软件,大多基于雷诺时均方程,并对方程采取了一定的简化处理,均具有一定的局限性,如WAsP软件将方程中非线性对流项简化为线性,WT软件采用单方程湍流模型,WindSim软件采用标准k-ε湍流模型。基于商用软件Fluent,采用Realizable k-ε湍流模型,对湖南省某实际山地地形风场进行全风向数值模拟,然后由气象站长期实测数据去除局部地形效应,得到广义风气候(Generalized Wind Climate,GWC),结合CFD模拟结果和GWC数据,得到区域潜在风能资源分布图,从而初步确定风机排布方案,引入Jensen尾流模型,考虑风机群尾流效应,分别拟合风机功率曲线和风机轮毂高度处平均风速概率密度分布曲线得到高斯函数和韦伯分布函数,从而得到风电场每台风机年发电量的半解析解预测结果。3、提出了一种风电场短期风速预测的组合统计模型。常用的短期风速预测统计模型,如自回归模型、自回归滑动平均模型、灰色预测、卡尔曼滤波、人工神经网络、支持向量机、小波变换和模糊逻辑等,对于具有非平稳特性的风速时程预测效果较差。引进Brown方法对原始风速时程数据进行预处理,去除风速的日非平稳特性,然后分别采用持续法、自回归模型、自回归滑动平均模型、人工神经网络和小波变换进行短期风速预测;同时,基于误差最优化理论,对多个预测模型进行加权平均,得到最优组合模型。以陕西省安塞风电场附近的一座测风塔实测风速资料为例,对短期风速进行预测。结果表明,采用Brown方法预处理后的短期风速预测精度提高很大;组合模型的整体预测精度最佳。